Nanostructuration bio-chimique de substrats mous pour l'étude de l'adhésion et de la mécanique cellulaire

par Ranime Alameddine

Thèse de doctorat en Biophysique

Sous la direction de Kheya Sengupta et de Anne Charrier.

Le président du jury était Hélène Delanoë-Ayari.

Le jury était composé de Olivier Margeat.

Les rapporteurs étaient Manuel Théry, Christophe Vieu.


  • Résumé

    Durant les dernières décennies, de plus en plus de types de cellules se sont révélées capables de sonder leur environnement mécanique par l'application de forces. Ce phénomène appelé «Mecanosensing» est lié à l'adhésion et la mécanique cellulaire, et est souvent étudié grâce à l'interaction des cellules avec des substrats artificiels. Dans des études distinctes, des surfaces chimiquement structurées avec une répartition des ligands spécifiques ont montré une forte influence sur l’adhésion et la mécanique cellulaire. Cependant, la relation entre les deux phénomènes n'a pas été beaucoup explorée, en partie parce que la fonctionnalisation de substrats mous s’est révélée être un défi technique.Pour résoudre ce problème, nous avons développé une technique simple et rentable nommée «reverse contact printing», afin de fabriquer des plots de protéines sub-microniques sur un élastomère d'élasticité contrôlée, le polydiméthylsiloxane (PDMS). Mon travail de thèse a focalisé sur la standardisation et la compréhension du procédé de transfert. A l’aide de mesures de forces réalisées par AFM nous avons mesuré l’élasticité du PDMS, ainsi que les forces de cohésion et d'adhésion effectives impliquées dans le processus. Nous avons également étudié l'adhésion cellulaire avec des lymphocytes-T sur des surfaces de PDMS d'élasticité variable. Nous avons montré que contrairement à la plupart des autres types de cellules, les cellules-T s'étalent davantage sur substrat mou que sur dur. Finalement nous avons réalisé des expériences pilotes d'adhésion cellulaire sur PDMS structuré.

  • Titre traduit

    Nano-patterning soft substrates with bio-chemically contrasted nano-dots to study cell adhesion and mechanics.


  • Résumé

    In the past decade, more and more types of cells have been shown to be capable of probing the mechanics of their environment by application of forces. The stiffness of the environment strongly influences a host of cellular parameters including cell adhesion and mechanics. In separate studies, the spatial distribution of ligands, modulated by chemical patterning of a target surface, has been shown to strongly influence cell adhesion and mechanics. However, the cross-talk between the two phenomena has not been much explored, partly because patterned functionalization of soft substrates is an engineering challenge. To address this issue, we have developed a simple and technique named "reverse contact printing" for fabrication of nanometric protein patches on PDMS (polydimethylsiloxane) elastomer. My PhD work consisted of deciphering the molecular mechanisms that underlie this technique. We realized that the rate of transfer crucially depended on the molecular groups on the protein and on the nature of the PDMS surface. We used atomic force microscopy (AFM) force measurements to measure PDMS elasticity as well as protein-substrate interactions to understand the molecular mechanism governing the transfer. We have identified that a successful reverse transfer is facilitated by the grafting of appropriate chemical groups on the protein, and depends on the PDMS surface treatment and elasticity. We also studied adhesion and mechanics of T lymphocytes on PDMS. We found that surprisingly T lymphocytes spread more on softer than on harder PDMS. In on-going pilot experiments, cells on patterned soft PDMS seem to exhibit different behavior as compared to cells on patterned glass.


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Informations

  • Sous le titre : Nanostructuration bio-chimique de substrats mous pour l'étude de l'adhésion et de la mécanique cellulaire
  • Détails : 1 vol. (224p.)
  • Annexes : bibliogr. p. 199-224
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